Fisiología básica (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad de Barcelona (UB)
Grado Ingeniería Biomédica - 2º curso
Asignatura Estructura y funciones I (EiFI)
Año del apunte 2015
Páginas 62
Fecha de subida 24/04/2016
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Resumen de Estructura i Funció dels Sistemes Cardiocirculatori, Respiratori, Renal i Locomotor. Apuntes de clase más anotaciones del libro 'Mezquita' recomendado.

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1. Medio interno y homeostasis 1.1.
Medio interno y homeostasis El medio interno puede definirse como el conjunto de plasma sanguíneo y líquido intersticial que rodea a las células de un organismo pluricelular. El medio interno está separado del medio ambiente por una barrera epitelial.
El medio interno tiene un volumen muy reducido si se compara con el volumen del líquido intracelular: 2/3 del agua corporal se encuentra dentro de las células y 1/3 en el medio interno.
Esta situación genera dos problemas: rápido agotamiento de los sustratos metabólicos y la acumulación de productos catabólicos y de desecho de las células. Esto se resuelve gracias a un conjunto de funciones vegetativas que realizan intercambios entre el medio interno y el medio ambiente y mantienen la composición del medio interno relativamente constante (homeostasis).
La barrera epitelial que separa el medio interno del medio ambiente está especializada en funciones de intercambio (funciones de los epitelios respiratorio, renal, digestivo y cutáneo).
El sistema respiratorio intercambio oxígeno y dióxido de carbono con el medio ambiente.
A través del sistema digestivo, entran en el medio interno agua, electrolitos, nutrientes y se eliminan algunos productos catabólicos.
El sistema renal intercambia agua, electrolitos y productos catabólicos.
La piel, como el resto de barrera epitelial, constituye un elemento defensivo esencial del medio interno que impide la penetración en el organismo de agentes físicos, químicos y biológicos del medio ambiente y evita la pérdida de agua por evaporación. La piel facilita, además, la disipación de calor generado en las reacciones metabólicas de los tejidos.
La comunicación entre los diferentes sistemas está garantizada por la función de transporte de la sangre y el sistema circulatorio. El medio interno se encuentra en continuo movimiento gracias al sistema circulatorio, lo que permite una comunicación rápida entre los diferentes sistemas de intercambio.
La sangre, constituida por plasma y células sanguíneas, circula constantemente.
 En reposo, 5L/min pasan por los pulmones, donde se produce la renovación de gases, y, en parte, la regulación del pH.
 Mientras, 1L/min circula por los riñones, donde se eliminan los productos catabólicos y se regulan el volumen de agua y concentración de electrolitos del medio interno, además de completarse la regulación del pH (entre otras funciones).
 Un volumen minuto similar al de los riñones llegan al área esplácnica (tubo digestivo, hígado y bazo), donde se llevan a cabo la absorción de agua, electrolitos, nutrientes y la eliminación de productos catabólicos.
1.1.1. Homeostasis Es la capacidad del organismo de mantener dentro de un intervalo las variables controladas del medio interno correspondientes a cada situación fisiológica. En la homeostasis contribuyen diferentes funciones vegetativas:        Piel Sangre y sistema circulatorio Sistema respiratorio Sistema renal Sistema digestivo y metabólico Reguladoras del sistema endocrino Reproducción El equilibrio que permite mantener la sangre en estado fluido dentro de los vasos sanguíneos lo consigue la función denominada Hemostasia.
1.2.
Funciones de la sangre o La sangre realiza el transporte de oxígeno, dióxido de carbono, sustratos metabólicos, productos catabólicos y calor.
o La sangre es vía de información del sistema endocrino.
o Importantes funciones de defensa innata y adquirida (celular y humoral).
o Por la sangre circulan células de la médula ósea capaces de realizar funciones de reparación y regeneración de tejidos.
1.3.
Funciones del sistema circulatorio o Función de transporte.
El sistema circulatorio no mueve solo la sangre dentro de los capilares, sino que, a través de la filtración capilar, desplaza el líquido intersticial que rodea a las células y lo devuelve al interior de los vasos sanguíneos a través de la circulación linfática.
1.4.
Funciones del sistema respiratorio Las funciones consisten en transportar oxígeno de la atmósfera al medio interno y dióxido de carbono desde el medio interno a la atmósfera. A través del transporte del CO2 el sistema respiratorio tiene capacidad de regular el pH.
o El epitelio respiratorio participa en funciones de defensa (como el resto de la barrera epitelial).
Las funciones circulatoria y respiratoria son imprescindibles a corto plazo.
Si se produjese un paro cardíaco o respiratorio, los tejidos sufrirían lesiones irreversibles en pocos minutos debido a la falta de oxígeno y nutrientes.
(Opción: masaje cardíaco y respiración boca a boca).
1.5.
Funciones del sistema renal o Es necesario para la supervivencia a largo plazo.
Los riñones filtran unos 180L/día y de esta manera pueden eliminar los productos catabólicos que contiene el plasma. El líquido filtrado a partir del plasma circula por los túbulos renales en paralelo con los capilares sanguíneos.
Los riñones tienen la capacidad de reabsorber, del filtrado, las moléculas necesarias para el organismo.
El organismo recupera y ajusta la cantidad de agua y electrolitos del medio interno.
La cantidad de orina formada por los riñones (diuresis) es la diferencia entre la filtración y reabsorción.
o Filtración y reabsorción.
o Transporte de sustancias de capilares a los túbulos (es decir, de la sangre a la orina: secreción).
1.6.
Funciones vegetativas y homeostasis Gracias al sistema circulatorio, las hormonas llegan a las células de los diferentes tejidos, donde se unen a receptores específicos y provocan respuestas correctoras de los cambios detectados.
Ej: Si aumenta la olmolaridad del plasma o se produce una hipotensión, las células hipotalámicas secretan la vasopresina y esta actúa sobre el riñón para que absorba agua (lo que normaliza la osmolaridad). La vasopresina aumenta el volumen de sangre, y el aumenta de la volemia contribuye a normalizar la presión arterial.
1.7.
Parámetros del medio interno controlados por los sistemas responsables de la homeostasis  Las funciones circulatoria y respiratoria mantienen la presión arterial de O2 en 90mmHg y la presión arterial de CO2 en unos 40 mmHg.
 El pH del plasma oscila entre los valores de 7.3-7.4. El pH del medio interno se regula gracias a la concentración de bicarbonato (24mEq/L) y PaCO2.
La concentración de bicarbonato es regulada por el sistema renal y la PaCO2 por la función respiratoria.
o Las funciones circulatoria y renal regulan la presión arterial media (unos 100mmHg).
o El volumen de sangre, denominado volemia, (5L) se regula mediante la función renal.
o La osmolaridad del plasma (280 mOsm/kgH20) se mantiene gracias a la acción renal de la vasopresina.
Cuando aumenta la osmolaridad del plasma, el hipotálamo segrega la hormona vasopresina, que actúa sobre el riñón y hace aumentar la reabsorción de agua. El aumento de la absorción de agua tiende a normalizar la osmolaridad.
o El mantenimiento de la cantidad de K+ (potasemia) también es consecuencia de la función renal.
o La función más conocida del riñón consiste en eliminar los productos catabólicos (así los niveles de catabolitos no aumentan en el plasma).
La concentración de creatinina en el plasma (creatininemia) se mantiene entonces en unos 0.5-1.9 mg/100ml.
o La eritropoyesis (formación de eritrocitos) depende también de la función renal (secreción de eritropoyetina por los riñones).
o La glucemia depende del aporta de glucosa, mediante la absorción intestinal y el hígado, y del consumo por los tejidos.
1.8.
Mecanismos de retroalimentación (Feedback) y de anticipación (Feedforward) en el mantenimiento de la homeostasis Feedback Cuando se produce una desviación en los parámetros del medio interno, por ejemplo, una hipoxia:  La desviación es detectada por los sensores que activan respuestas correctoras a través de las funciones vegetativas.
Estos mecanismos se denominan de retroalimentación o feedback y corrigen parcialmente la desviación detectada.
Su principal inconveniente es que se activan una vez que se ha producido la desviación de la variable controlada.
Feedforward Opera controlando la variable antes de que se desvíe. Así, por ejemplo, al inicio del ejercicio se activan las funciones circulatoria y respiratoria, de manera que no produce ninguna variación en la PaO2, aunque aumente el consumo de oxígeno en los tejidos.
Los mecanismos de anticipación impiden normalmente la desviación de las variables controladas pero pueden producir errores, que son corregidos por los mecanismos de feedback.
1.9.
Microbioma y homeostasis El microbioma se define como el conjunto de microorganismos que viven sobre el epitelio que separa el medio interno del medio ambiente.
Actúan como filtro (barrera): para funciones metabólicas (por ejemplo, en el sistema digestivo para la Vitamina K), o funciones de defensa (protegen de otros microorganismos patógenos).
2. Sistema circulatorio En pequeñas distancias, el sistema de difusión resulta muy efectivo (a nivel unicelular), sin embargo, a distancias mayores este sistema resulta demasiado lento: se necesita la acción del flujo en masa (gracias al sistema circulatorio).
2.1.
Difusión, flujo en masa y filtración   La difusión consiste en el transporte de sustancias gracias a la existencia de un gradiente de concentraciones. Esto en organismos pluricelulares también ocurre (por ejemplo, a través de la barrera capilar, del interior de este al espacio intersticial e interior de las células).
El flujo en masa es consecuencia de la existencia de un gradiente de presión. Esto ocurre dentro de los vasos sanguíneos gracias a la acción del corazón.
 El flujo en masa a través de una membrana se denomina filtración.
También ocurre el proceso de filtración a través de la membrana capilar.
 Factores determinantes del gradientes de presión: VM y resistencias del circuito.
2.2.
Características del circuito 3. Actividad eléctrica del corazón 3.1.
Automatismo cardíaco A diferencia del músculo esquelético, el miocardio tiene capacidad intrínseca para generar contracciones espontáneas en ausencia de estímulos neurales o endocrinos.
El automatismo contráctil del corazón es una consecuencia del automatismo eléctrico: es la capacidad de los cardiomiocitos de generar potenciales eléctricos a intervalos regulares. (Si se aísla un corazón en el denominado líquido de Ringer el cual es muy rico en Ca++, este sigue latiendo).
3.2.
Origen y propagación de la actividad cardíaca del corazón 1. La actividad eléctrica del corazón se origina en un grupo de células miocárdicas denominado nódulo sinusal o marcapasos del corazón.
El nódulo sinusal se encuentra en la aurícula derecha.
2. Los potenciales de acción de las células del nódulo sinusal se transmiten a las células de las aurículas y, en consecuencia, las células auriculares experimentan contracción.
3. La transmisión de la actividad eléctrica dentro de las aurículas ocurre a gran velocidad (1m/s), por lo que la contracción auricular es un proceso sincrónico que afecta a todas las células auriculares simultáneamente.
4. Los potenciales de las células de las aurículas no pueden transmitirse directamente a las células de los ventrículos, ya que lo impide el tejido aislante que separa las aurículas de los ventrículos. La conexión auriculoventricular se produce solo a partir de un grupo de células denominado nódulo auriculoventricular (NAV). La actividad eléctrica dentro del NAV se transmite muy lentamente (0.05m/s), lo que permite que las aurículas experimenten contracción antes de que se inicie la contracción ventricular.
5. Las células del NAV conectan con las células del denominado Haz de His, el cual conduce la actividad eléctrica a gran velocidad hacia los ventrículos. El haz de His se divide en dos ramas (izquierda y derecha) que se dirigen hacia los ventrículos correspondientes.
6. Las dos ramas se dividen profusamente, dando lugar a las fibras de Purkinje, las cuales conducen la actividad eléctrica de forma sincrónica a las células subendocárdicas de los ventrículos. Los potenciales eléctricos se transmiten desde la región subendocárdica a la subepicárdica.
7. Todas las células del corazón están conectadas por conexones, que facilitan la transmisión de los potenciales eléctricos de una célula a otra.
3.2.1. Potenciales de acción de las células marcapasos El potencial eléctrico de la célula es resultado de las corrientes que se producen como consecuencia de la apertura de los canales iónicos. En el caso del potencial eléctrico de las células del nódulo sinusal, están implicadas corrientes catiónicas de entrada y de salida.
  El potencial de marcapasos o prepotencial se debe a un aumento de flujo de cationes hacia el interior de las células (principalmente Na+), y una disminución del flujo de K+ desde el medio intracelular al medio extracelular. El Na+ entra por un canal iónico inespecífico.
 Después del prepotencial se produce una inflexión de la despolarización que da lugar al potencial de acción.
La inflexión se debe a una corriente de entrada de Ca++ por canales lentos dependientes de voltaje, denominados de tipo T. Al final de la despolarización del potencial de acción se abren otros canales de Ca++ denominados de tipo L.
El potencial de acción termina con la repolarización debida a una corriente de salida de K+.
Esquema de la creación del potencial 3.3.
Marcapasos fisiológico y marcapasos latentes El marcapasos fisiológico del corazón es el nódulo sinusal. La frecuencia cardíaca depende de la pendiente prepotencial del nódulo sinusal.
Si la pendiente es muy pequeña, la frecuencia es muy baja.
Si la actividad del nódulo sinusal se interrumpe, otras células pueden actuar como marcapasos: se trata de los denominados marcapasos latentes. Los marcapasos latentes tienen una pendiente de prepotencial menor que la del nódulo sinusal.
Normalmente no actúan como marcapasos, puesto que, cuando experimentan el prepotencial, reciben el potencial de acción del nódulo sinusal, que se genera más rápido.
Los marcapasos latentes responden a la estimulación del nódulo sinusal con potenciales de acción, por lo que dejan de actuar como marcapasos.
Los marcapasos latentes se denominan también marcapasos ectópicos, porque se encuentran fuera del nódulo sinusal, en las aurículas o en los ventrículos.
Si la frecuencia de un marcapasos ectópico es muy baja, el volumen minuto del corazón es demasiado pequeño para satisfacer las necesidades del organismo y es necesario implantar un marcapasos artificial.
3.4.
Potencial de acción de las fibras rápidas Las fibras rápidas son los cardiomiocitos de las aurículas, ventrículos, los que constituyen el Haz de His y las fibras de Purkinje.
1. El potencial de reposo de los cardiomiocitos ventriculares permanece en reposo (-90mV aprox.) permanece estable hasta que llega un potencial de acción procedente del nódulo sinusal.
En reposo, la membrana de los cardiomiocitos ventriculares es permeable al K+, porque hay muchos canales de k+ abiertos.
Por el contrario, el sarcolema de los cardiomiocitos ventriculares es muy poco permeable al Ca++ y al Na+, por lo que se encuentran cerrados cuando el potencial de estas células es negativo.
 Aunque la permeabilidad del K+ sea alta en reposo y la concentración de K+ dentro de las células sea elevada (140mM), no se produce una pérdida importante del K+ intracelular debido a que el K+, al salir de la célula, crea un potencial positivo fuera de la célula y negativo dentro de la célula, que frena la salida ulterior de K+.
Al mantenimiento de la concentración intracelular de K+ también contribuye la actividad de la ATPasa de Na+/K+, la cual transporta 3Na+ al exterior por cada 2K+ al interior mediante un transporte activo (con consumo de ATP) que se activa cuando aumenta la cantidad intracelular de Na+. El balance es un flujo neto de cationes hacia el exterior de la célula, una corriente de salida que contribuye, en pequeña parte, al potencial de reposo de la célula.
Potencial de reposo: Abiertos los canales de K+. Existe entonces un gradiente de concentración por el cual el potasio tiende a salir. Entonces, se crea un potencial de membrana que corresponde al de la membrana en reposo.
(-90mV, están saliendo cargas positivas de la célula), también se crea un gradiente eléctrico anteriormente comentado.
Despolarización: Se abren los canales de Na+ dependientes de voltaje como resultado de la llegada de un impulso eléctrico, por lo que entran cargas positivas dentro de la célula provocando una despolarización muy rápida y una polarización inversa (de voltaje negativo a positivo).
Tras esto, rápidamente se vuelven a cerrar y los canales se inactivan. Esto corresponde al periodo refractario (unos 100ms), lo que permite un tiempo para la relajación del músculo cardíaco (en el corazón es necesaria una constante actividad de contracción-relajación, no una superposición de potenciales).
Durante la mayor parte del potencial de acción ventricular (200-400ms) el miocardio es inexcitable y se denomina periodo refractario absoluto. Como la contracción dura de 200 a 250ms (menos que el periodo refractario absoluto), no hay riesgo de superposición de dos contracciones sucesivas.
Cuando la repolarización llega a -50mV, una fracción de los canales de Na+ son de nuevo activables y un estímulo de mayor intensidad que el habitual podría producir un nuevo potencial de acción. El periodo de repolarización que va desde -50mV hasta -90mV se denomina periodo refractario relativo.
Despolarización sostenida: Se abren los canales de Ca++ y este entra dentro de la célula. A su vez, los canales de K+ están cerrados para impedir que se pierdan grades cantidades de K+. También se crea un gradiente eléctrico.
Repolarización: Se cierran los canales de Ca++ y se abren los de K+.
3.4.* Velocidad de conducción ventricular: El impulso en los ventrículos es transmitido de forma ordenada y no es retrógrado (pues las células anteriores se encuentran en período refractario).
Si en una célula a la que se le va a transmitir el impulso aumentase la cantidad de potasio y este sale, crea un potencial de reposo distinto y, al llegar el impulso, esta ya estará parcialmente despolarizada y no se transmitirá el impulso. Esto también inactiva los canales de Na+.
Se produce entonces una transmisión caótica debido a que no logra transmitirse el impulso hacia delante. Por lo tanto, se concluye que durante una hiperpotasemia no se conduce el impulso por el camino normal. Se produce fibrilación ventricular (la cual es más grave que al fibrilación auricular).
3.5.
Estabilidad eléctrica del corazón Para que se produzca esta estabilidad son necesarias 4 condiciones:  Potencial de reposo muy negativo: condición necesaria para que se puedan abrir los canales de Na+.
 Canales de Na+ normales.
 La despolarización sostenida ha de tener una longitud adecuada (si no, hay riesgo de arritmias).
 Canales de K+ normales (importantes en repolarización).
4. Actividad mecánica del corazón 4.1.
Actividad eléctrica de los cardiomiocitos Durante la contracción sincrónica de los cardiomiocitos ventriculares (sístole), la sangre es expulsada desde las cavidades ventriculares al sistema de distribución.
Durante la relajación de los cardiomiocitos (diástole), las cavidades cardíacas se llenan de sangre, lo cual es necesario para que se produzca la sístole siguiente.
4.2.
Mecanismo de la contracción Cuando aumenta la cantidad de Ca++ libre en el citosol, este se une a la troponina C y esta induce un cambio de conformación de la tropomiosina, que pone al descubierto los lugares de unión de la actina y permite la interacción actina-miosina.
La interacción actina-miosina requiere, además de la accesibilidad a la actina, que la cabeza de la miosina con actividad ATPasa se una a una molécula de ATP y la hidrolice.
El complejo adenosina-ADP-fosfato resultante de la hidrólisis interacciona con el filamento de actina. Cuando se produce esta interacción, la cabeza de la miosina forma un ángulo recto con el filamento delgado. La separación del fosfato inorgánico del complejo produce un cambio de conformación en la cabeza de la miosina, de manera que pasa de formar un ángulo recto a formar un ángulo de 45 grados. Este cambio de conformación produce un acortamiento del sarcómero de unos 5-10nm.
Cuando el ADP es sustituido por ATP, la cabeza de la miosina se separa de la actina y vuelve a formar un ángulo recto con el filamento de actina. Este cambio de orientación permite a la cabeza de la miosina interactuar de nuevo con el filamento de actina y volver a repetir el ciclo.
 La intensidad de la contracción depende de la disponibilidad de ATP y Ca++. Cuando disminuye la concentración de Ca++ en el citosol, se produce la relajación.
4.3.
Factores determinantes de la relajación miocárdica y mecanismo de la relajación La concentración de Ca++ ha de disminuir. Con la repolarización ventricular se cierran los canales de Ca++ del sarcolema. Además, la disminución del Ca++ citosólico es la consecuencia de la actividad de las ATPasas de Ca++ del retículo sarcoplásmico y de la membrana plasmática.
La activación de estas bombas comporta el transporte de Ca++ al interior del retículo sarcoplásmico o al medio extracelular. La ATPasa del retículo es la más importante y se activa por la fosforilación de una proteína denominada fosfolambán.
Además de las ATPasas de Ca++, el Ca++ es transportado al medio extracelular mediante el intercambiador de Na+/Ca++ que introduce 3Na+ por cada Ca++ que expulsa.
Finalmente, el Ca++ se separa de la troponina C. Este último proceso está sometido a regulación.
La fosforilación de una de las subunidades de la troponina, la troponina I, favorece la disociación del Ca++ de la troponina C. En consecuencia, la tropomiosina vuelve a bloquear los lugares de unión de la actina e impide la interacción actina-miosina.
Relación entre la concentración de Ca++ citosólico y la intensidad de la concentración cardíaca Cuando aumenta la cantidad de Ca++ citosólico como consecuencia de la salida de Ca++ del retículo sarcoplásmico, el número de lugares de unión actina-miosina aumenta y, por consiguiente también aumenta el número de interacciones y la intensidad de la contracción. La contractibilidad cardíaca o inotropismo se incrementa con [Ca++].
Relación entre el suministro de oxígeno La producción de ATP y la intensidad de la contracción Además de la cantidad de Ca++ citosólico, la contracción miocárdica depende de la utilización de oxígeno en las mitocondrias, pues es donde se genera el ATP necesario para realizar la contracción de los cardiomiocitos.
4.4.
Factores determinantes de la frecuencia cardíaca     Tono vagal (parasimpático, nervio vago y acetilcolina) Actividad simpática (mediante noradrenalina) Catecolaminas (noradrenalina y adrenalina) Temperatura Si la frecuencia cardíaca es muy alta, se produce una disminución del VM cardíaco debido a que el corazón no tiene tiempo a aumentar su volumen.
4.5.
Regulación nerviosa y endrocrina de la actividad cardíaca El corazón recibe abundante inervación simpática y parasimpática. Las varicosidades simpáticas se encuentran en las aurículas y en los ventrículos. Las varicosidades parasimpáticas tienen una distribución limitada en las aurículas. A pesar de esta distribución, el parasimpático actúa sobre las aurículas y los ventrículos.
Las varicosidades del simpático liberan noradrenalina y las del parasimpático, acetilcolina.
Al miocardio llegan, a través de la sangre, las catecolaminas circulantes: noradrenalina y la adrenalina (principal secreción de la médula suprarrenal).
Cuando el simpático es activado, además de la secreción de noradrenalina en el miocardio, se produce liberación de noradrenalina en la sangre.
La noradrenalina, junto con la adrenalina segregada por la médula suprarrenal, como consecuencia de la activación del simpático, llega al miocardio por vía sanguínea y regula la actividad del corazón. Existen también otras hormonas importantes para la regulación.
4.6.
Regulación de la actividad eléctrica del corazón Normalmente existe en reposo el denominado tono vagal cardíaco: la acetilcolina, liberada por las varicosidades del parasimpático, provoca una notable disminución de la frecuencia cardíaca. En ausencia del parasimpático, la frecuencia cardíaco aumentaría de unos 60-70 a 160.
 La acción del parasimpático sobre la frecuencia cardíaca se denomina efecto cronotropo negativo.
La acción del simpático sobre la frecuencia cardíaca en reposo es poco importante. En ausencia de la acción del simpático, la frecuencia cardíaca en reposo apenas se modifica, pues pasaría de 70 a 60 latidos por minuto (aprox.).
El corazón trasplantado, carente de conexiones nerviosas, tiene una frecuencia en reposo mayor a la del corazón normal.
Los deportistas tienen un tono vagal aumentado en reposo y, en consecuencia, frecuencias cardíacas muy bajas (50 latidos por minuto aprox.).
 La principal acción del neurotransmisor del parasimpático, la acetilcolina, sobre el nódulo sinusal es la disminución de la pendiente del prepotencial.
La disminución de la pendiente puede ser tan acusada que la línea de prepotencial sea horizontal. En tal caso, se produce un paro cardíaco transitorio.
La acetilcolina actúa sobre un receptor muscarínico de las células del nódulo sinusal y, en consecuencia, disminuye el AMPc.
El canal catiónico inespecífico que, en parte es responsable del prepotencial, es dependiente del AMPc. Cuando este disminuye, se reduce la posibilidad de apertura de este canal y, en consecuencia, disminuye también la pendiente del prepotencial.
 El efecto de la activación del simpático sobre la frecuencia cardíaca se denomina efecto cronotropo positivo: La noradrenalina y la adrenalina actúan sobre los receptores β-adrenérgicos del nódulo sinusal, aumentan el AMPc y, en consecuencia, incrementan la probabilidad de apertura del canal catiónico inespecífico. La apertura de este canal aumenta la pendiente del prepotencial y la frecuencia cardíaca. El incremento de AMPc activa la proteinquinasa A y esta fosforila el canal de Ca++ dependiente de voltaje de las células del nódulo sinusal. La fosforilación aumenta la probabilidad de apertura del canal de Ca++, lo cual contribuye a la creación del potencial de acción de las células marcapaso y aumentar la frecuencia cardíaca.
El parasimpático, además de actuar sobre la frecuencia cardíaca, disminuye la velocidad de conducción: efecto dromotropo negativo.
Por el contrario, el simpático y las catecolaminas circulantes ejercen un efecto dromotropo negativo.
La temperatura es otro factor que ha de tenerse en cuenta en relación con la frecuencia cardíaca. Por cada grado de aumento de la temperatura interna del organismo, la frecuencia cardíaca aumenta unas 10 pulsaciones por minuto.
4.7.
Regulación de la actividad mecánica del corazón: efecto ionotropo positivo El simpático y la catecolaminas circulantes aumentan la fuerza de contracción del miocardio.
Este aumento en la contractibilidad se denomina efecto ionotropo positivo. El parasimpático tiene un efecto ionotropo negativo menos intenso.
Las catecolaminas actúan sobre los receptores y activan la subunidad α de las proteínas G.
La subunidad activada aumenta el AMPc y esta activa a la PKA, por lo que se fosforilan los canales de Ca++ aumentando la entrada de Ca++ en la célula, concentración de Ca++ en citosol y liberación de Ca++ del retículo sarcoplásmico y la contractibilidad. La subunidad α activada también aumenta la probabilidad de apertura de estos canales, por lo que como consecuencia aumenta el inotropismo.
El aumento de AMPc aumenta el metabolismo de los cardiomiocitos y la producción de energía necesaria para la contracción y relajación. El aumento el AMPc contribuye también a la activación de proteínas de la maquinaria contráctil del sarcómero.
En condiciones fisiológicas el efecto del simpático es mucho más importante que el efecto de las catecolaminas circulantes.
Existen otras hormonas que modifican la actividad cardíaca: hormonas de la glándula tiroides, angiotensina II (inotropo positivo), insulina (inotropo positivo)… Los agentes inotropos negativos disminuyen la concentración de Ca++ en el citosol de los cardiomiocitos. La disminución de la concentración extracelular de Ca++ o el aumento de la concentración extracelular de Na+ reducen la contractibilidad miocárdica.
Efecto lusitropo positivo Es la denominada relajación miocárdica, favorecida por la acción del simpático y catecolaminas. La relajación miocárdica implica la disminución del Ca++ citosólico mediante la activación de las ATPasas de Ca++ (principalmente la del retículo sarcoplásmico).
Esta ATPasa es activada por fosforilación del fosfolambán. El AMPc determina la fosforilación del fosfolambán y, en consecuencia, acelera el proceso de relajación. La contracción y relajación miocárdicas son aceleradas por el simpático. Esto hace posible la función de bomba del corazón a elevada frecuencia.
En cada latido, el corazón expulsa un volumen de sangre denominado volumen sistólico (de unos 70ml en reposo). Si se multiplica el volumen sistólico por la frecuencia cardíaca se obtiene el volumen minuto: Es el volumen de sangre bombeado por el corazón en un minuto y se encuentra sobre 5L/min. Si la frecuencia cardíaca aumenta por disminución del tono vagal e incremento de la actividad del simpático, y el volumen sistólico aumenta por efecto inotropo positivo del simpático y de las catecolaminas circulantes, el Volumen minuto aumenta.
4.8.
Ley de Frank-Starling La fuerza de contracción del miocardio no depende solo del inotropismo, sino también del volumen telediastólico (el volumen que llena el ventrículo al final de la diástole. Durante la diástole (miocardio relajado) los ventrículos se llenan de sangre. Esta ley postula que a mayor repleción del corazón durante la diástole (cuanto más lleno esté), mayor energía de contracción durante la sístole.
De esta manera, el corazón es capaz de expulsar el volumen que le llega del sistema venoso.
Si llega más sangre, la contracción es más potente y se expulsa más sangre.
La curva muestra que si aumenta la longitud de sarcómeros (aumentando la repleción), la fuerza de contracción aumenta linealmente al principio y con menor pendiente después.
Finalmente, si la longitud del sarcómero aumenta exageradamente, la fuerza de contracción disminuye. Dentro de los límites fisiológicos, siempre que se incrementa la repleción ventricular, aumenta el volumen sistólico. La curva que representa esta relación se denomina curva de función cardíaca.
*En un corazón trasplantado (carente de inervación), la gráfica se desplaza hacia la izquierda y arriba.
*Precarga: Volumen telediastólico Efecto del simpático y catecolaminas sobre la curva de función cardíaca.
Cuando el ventrículo izquierdo inyecta volumen sistólico en la aorta, lo hace frente a una determinada presión de la sangre denominada poscarga. Cuanto más elevada es la poscarga, más pequeño es el volumen sistólico.
Para una determinada precarga, el volumen sistólico disminuirá con la poscarga. Y a la inversa, para una determinada poscarga, el volumen sistólico aumentará con la precarga.
La hipertrofia cardíaca consiste en un aumento del volumen de los cardiomiocitos sin que aumente el número de células.
Es un mecanismo de incremento del volumen minuto a largo plazo y se produce por un aumento persistente de la precarga o de la poscarga. La hipertrofia puede considerarse como una adaptación fisiológica (como en el caso de los deportistas) pero también puede ser patológica (pacientes con hipertensión, lesiones valvulares…).
Esta hipertrofia fisiológica está acompañada de un aumento en la formación de vasos sanguíneos (angiogénesis) pero la patológica no.
La estimulación de receptores β-adrenérgicos de los cardiomiocitos por la noradrenalina incrementa la concentración de Ca++ citosólico, esto aumenta la calmodulina y esta activa a la calcineurina: una fosfatasa que desfosforila a NF-AT3 (factor de transcripción).
Esto induce su translocación nuclear y la activación de un conjunto de genes responsables de la hipertrofia.
Además de las catecolaminas, la hipertrofia puede ser inducida por otras moléculas.
(Angiotensina II, IGF-II, endotelina1, interleucina1) En la vía extrínseca (A) diferentes ligandos apoptóticos (Fas-I, TNF-α) se unen a los receptores proapoptóticos de la membrana de los cardiomiocitos.
Como consecuencia, se activa la caspasa 8. Esta activación es inhibida por FLIP (proteína antiapoptótica).
La caspasa 8 activada activa a la caspasa 3, la cual desencadena la apoptosis del cardiomiocito. Las IAP pueden inhibir a la caspasa 3.
En la vía intrínseca (B) las mitocondrias liberan al citocromo c, la cual activa la caspasa 9 y esta activa a la caspasa 3, que, como el caso anterior, ejecuta la apoptosis.
Además del citocromo, las mitocondrias liberan Existen proteínas (Bax, Bad, Bid) que favorecen la liberación de proteínas proapoptóticas y Smac/diablo, que es un inhibidor de las IAP.
proteínas (Bcl-2, Bcl-xL) que inhiben esta liberación.
Fracción de eyección: FE = VS / Pc Mide la disminución del volumen del ventrículo izquierdo del corazón en sístole, con respecto a la diástole. Da información sobre la fuerza de contracción cardíaca.
La situación 1 es una situación imaginaria (poscarga = 0) en la que el volumen sistólico sería el máximo.
En la situación 3 la disminución del volumen sistólico no es tan representativa en caso de que aumente la precarga.
Es tan alta la poscarga que las fibras no pueden acortarse (contracción isométrica).
La línea paralela es consecuencia de un aumento del inotropismo y la precarga. Se trata de una situación de un corazón sometido a ejercicio físico.
5. Sistema de distribución de alta presión La presión del pulso o presión diferencial se define como la diferencia entre la presión sistólica menos la presión diastólica.
El NO es producido por el endotelio de la pared de los vasos debido a un aumento del flujo sanguíneo, histamina, bradicinina o ATP. Esta molécula viaja del endotelio a células vecinas musculares lisas.
Adrenalina: en músculo cardíaco y músculo liso.
5.1.
Fisiología de la pared arterial Existe una alteración de la pared arterial denominada aterosclerosis, la cual consiste en una oclusión de las arterias y produce una isquemia miocárdica, cerebral y de las extremidades. Si la isquemia es persistente, produce la muerte del tejido.
Las principales causas son el exceso de LDL, hábito de fumar, diabetes, obesidad e hipertensión.
La formación de una placa de ateroma en la pared arterial consiste en la acumulación de LDL en el espacio subendotelial y en la migración hacia el espacio subendotelial de los monocitos que se diferencian en macrófagos en la pared del vaso.
Los macrófagos internalizan las LDL y dan lugar a las denominadas células espumosas. Los miocitos vasculares proliferan e invaden también la región subendotelial.
El crecimiento progresivo de la placa conlleva el riesgo de rotura de esta debido a su inestabilidad y el cierre gracias a plaquetas, formando un trombo que obstruye el vaso.
La activación de los monocitos es muy importante, pues estas células se acumulan y degradan el colágeno, lo que produce la inestabilidad de la placa. La acumulación y activación de macrófagos depende en parte de la expresión de la expresión del gen del factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF-1). La neutralización de este receptor mediante un anticuerpo reduce sustancialmente 6. Sistema de intercambio el tamaño de las placas de ateroma.
Tipos de capilares Capilares continuos: musculatura esquelética, miocardio, piel, pulmones, tejido conectivo y cerebro. Los capilares cerebrales se caracterizan por su hermetismo.
Herméticos: no permiten el paso de agua ni solutos. Todo el transporte es transendotelial.
Capilares discontinuos: membrana basal discontinua. Son muy permeables a proteínas y permiten tránsito de células. Se encuentran en bazo, hígado y médula ósea.
Capilares fenestrados También existen células endoteliales con poros en su citoplasma por los cuales pasan los capilares. Esto sucede, por ejemplo, con los capilares glomerulares del riñón.
Permeables al agua y solutos polares de bajo peso molecular (un orden de magnitud mayor a los capilares continuos). Se encuentran en riñón, glándulas exocrinas y endocrinas, mucosa intestinal… La velocidad lineal de la sangre es igual al cociente del flujo Q dividido por la sección global del sistema. Este flujo no varía entre el sistema de distribución y el sistema de intercambio pero la sección global sí varía de unas regiones a otras, por lo que se modifica la velocidad en algunos tramos.
Principio de Fick y flujo capilar El principio de Fick establece que el flujo capilar de una sustancia puede calcularse multiplicando el flujo sanguíneo (Q) por la diferencia arteriovenosa de la sustancia, es decir: Js = Q ( ) = P·S ( ) La presión oncótica o coloidosmótica es una forma de presión osmótica debida a las proteínas plasmáticas que aparece entre el compartimento vascular e intersticial. Esta es más elevada en el plasma que en el líquido intersticial, pero ha de considerarse la diferencia entre la presión coloidosmótica del plasma y la del líquido intersticial.
Se diferencia de la presión osmótica normal en que se centra en solutos de mayor tamaño.
Sigma constituye el factor de permeabilidad de la membrana a las proteínas. Si este es igual a 0, significa que la membrana es totalmente permeable a la proteína; en cambio, si es igual a 1, es totalmente impermeable.
VEGF: Factor de crecimiento del epitelio vascular, que incrementa la cantidad de NO (el cual, recordamos, proviene del tejido epitelial).
Aumentando la presión capilar, aumenta también la filtración.
*El hecho de tener las piernas hinchadas es causa del trasvaso de líquido hacia el líquido intersticial debido a la presión.
La presión coloidosmótica es consecuencia directa de la cantidad de proteínas en plasma.
En casos de malnutrición, donde hay menor cantidad de proteínas en plasma pues el hígado no produce proteínas al ritmo adecuado (lo que hace reducir la presión coloidosmótica/oncótica) el líquido pasa a los tejidos y por eso la resultante hinchazón de barriga.
Normalmente, hay mayor concentración de proteínas en plasma que en el líquido intersticial.
El flujo en masa es provocado por el gradiente de presión existente entre el plasma de los capilares y el líquido intersticial. Así, el agua se moverá desde la zona de mayor presión a la de menor presión.
El balance de presión hidrostática suele favorecer la salida del agua hacia el líquido intersticial, aunque, debido al efecto coloidosmótico (por el cual, las proteínas están asociadas a moléculas de proteínas hidrofílicas) el agua tiende a entrar en el capilar y así igualar la concentración de proteínas a ambos lados de la pared.
Esto también es consecuencia de que la pared del capilar no sea completamente impermeable y permita el flujo de moléculas.
Un edema es la retención de líquido en el espacio intersticial.
La adenosina es la encargada de la degradación del AMPc.
Disminución del pH: Para devolver la neutralidad Sistema de retorno linfático y venoso 1. Función del sistema linfático El líquido filtrado en los capilares retorna por la vía linfática al sistema venoso, junto con proteínas y células de la sangre extravasadas. En los capilares del sistema nervioso no existe la filtración ni participa el sistema linfático.
Los capilares linfáticos consisten en una capa endotelial envuelta por una membrana basal discontinua. Los espacios interendoteliales permiten el paso de las proteínas y pequeñas partículas. El flujo de líquido del líquido intersticial a estos capilares linfáticos se lleva a cabo a través de estos espacios.
Las células están dispuestas de manera que solo sea posible el flujo en un sentido. Estas células funcionan como una válvula.
Debido a la existencia de filamentos de anclaje que unen el endotelio linfático a la matriz extracelular, la acumulación de líquido en el espacio intersticial abre los espacios intercelulares y facilita la entrada de líquido en los linfáticos. Las células endoteliales de los extremos ciegos de los capilares linfáticos se solapan de manera que permiten la entrada de líquido desde el espacio intersticial, pero se oponen a su salida cuando aumenta la presión dentro de los capilares. De esta manera actúan como válvulas, que solo permiten el flujo en una dirección. El colapso de la luz de los capilares linfáticos no se produce, pues lo impiden las fibras ancladas a la matriz.
Los vasos linfáticos de mayor tamaño poseen válvulas que impiden el flujo retrógrado hacia tejidos y permiten flujo unidireccional hacia el sistema venoso, donde desembocan.
Cuando aumenta la presión del líquido intersticial, aumenta el flujo linfático hasta un límite determinado.
Existen mecanismos intrínsecos y extrínsecos que controlan el flujo linfático. La propulsión extrínseca de la linfa es causada por la contracción intermitente de la musculatura que envuelve a los vasos linfáticos. La propulsión intrínseca está causada por las contracciones automáticas de la musculatura de los vasos linfáticos. Segmentos sucesivos de la pared de los vasos experimentan contracción y relajación; esta actividad está regulada por las células marcapaso.
1. Las contracciones van precedidas de una fase de repleción, donde la primera válvula que encuentra la linfa está abierta y la siguiente a esta, cerrada.
2. A continuación se produce una fase de contracción isovolumétrica, con ambas válvulas cerradas y luego: 3. Una fase de expulsión, con la válvula 2 abierta y la válvula 1 cerrada.
Vis a tergo: fuerza de empuje La velocidad lineal de la sangre en el sistema venoso va aumentando conforme la sección global disminuye. Las resistencias son muy pequeñas en el sistema venoso, pero el número de vénulas y venas pequeñas es mayor que el número correspondiente de pequeñas arterias y arteriolas. La presión en el sistema venoso es muy baja, por lo cual a este sistema se le denomina sistema de baja presión. La presión en el sistema venoso va disminuyendo conforme se acerca al corazón. La brusca caída de presión en la zona de pequeñas arterias y arteriolas es debida a la gran capacidad de estas de vasoconstricción.
Vis a fronte: fuerza de estiramiento La inspiración reduce la presión intratorácica, lo que hace disminuir la presión venosa central, lo que hace aumentar el gradiente de presión venosa y produce un aumento de retorno venoso.
Representada la primera parte de la gráfica, antes de estabilizarse (pues esta parte solo es lineal).
En relación al retorno venoso: La propulsión intrínseca del sistema venoso, como consecuencia del gradiente de presión desarrollado por la contracción cardíaca se denomina vis a tergo.
Transporte de gases por la sangre A la presión de O2 en los alvéolos pulmonares, la cantidad de O2 que puede transportarse por la sangre en disolución es tan pequeña que no serviría para satisfacer las necesidades de O2 en el metabolismo de los tejidos. El 02 disuelto depende de la PaO2 y la solubilidad del O2. La cantidad de O2 disuelto en 10ml de sangre es 0,3ml. El O2 disuelto se une a la hemoglobina de los glóbulos rojos y así puede transportarse a los tejidos.
Captación de CO2 en tejidos y cesión de O2 El CO2 producido por los tejidos se difunde hacia el líquido intersticial, plasma y eritrocitos siguiendo el gradiente de presión. El CO2 se disuelve en plasma en mayor proporción que el O2, pero esta cantidad es insuficiente. La mayor parte de CO2 disuelto se combina con el agua y forma ácido carbónico. Los hidrogeniones liberados se combinan con la hemoglobina, por lo que esta suelta al O2, que se difunde siguiendo el gradiente de presión hacia los tejidos. El bicarbonato formado se intercambia con Cl-, que entra en la célula mientras el bicarbonato pasa al plasma.
La concentración de bicarbonato en el plasma es de unos 25mEq/l. Una fracción más pequeña de CO2 se combina con grupos amino de la hemoglobina y forma compuestos carbamínicos, siendo así la segunda forma de transporte de este gas.
En los pulmones se forma NO a partir de la arginina merced de la actividad de la enzima óxido nítrico sintasa. El NO formado en el pulmón es transportado por la hemoglobina a los tejidos, donde es liberado. La vasodilatación producida por el NO favorece el suministro de O2 a los tejidos. El NO favorece la vasodilatación, la cual aumenta el flujo sanguíneo y así, favorece el suministro de O2 a tejidos.
Si aumenta la concentración de la hemoglobina, aumenta la viscosidad y la presión coloidosmótica. Si disminuye la hemoglobina, la presión parcial de O2 se mantendrá, pues solo se tendrá en cuenta el oxígeno disuelto y esta cantidad ya está saturada.
(1): Curva hipérbola: Todos los lugares de unión de O2 a la hemoglobina son rápidamente ocupados. Es costosa la liberación del oxígeno.
(2): Curva sigmoide: Cuando la PaO2 disminuye, es más sencillo la liberación de O2 en los tejidos.
Cuando aumenta la presión de O2, el contenido de oxígeno disuelto en el plasma aumenta de manera lineal con una pendiente muy pequeña, debido a que el O2 es muy poco soluble en agua.
El contenido de O2 combinado aumenta de manera acentuada con la presión de O2 de acuerdo con una curva de perfil sigmoide. Al aumentar la presión O2 el O2 combinado aumenta de manera considerable hasta llegar a su máximo, donde la hemoglobina se encuentra totalmente saturada. Una pequeña disminución de la presión de O2 implica una caída del O2 combinado con la hemoglobina: es la denominada región de cesión.
Si la curva de combinación fuera hiperbólica, la captación sería eficiente pero la cesión solo se produciría a presiones de O2 muy bajas.
Cuando aumenta la presión de CO2, el CO2 se disuelve en mayor proporción que el O2. La curva de CO2 disuelto tiene una pendiente mayor que la curva de O2. Una gran cantidad de CO2 forma bicarbonato y compuestos carbamínicos. La cantidad de CO2 trasportado en el plasma es superior a la de O2. La curva de combinación de CO2 tiene mayor pendiente y no alcanza la saturación.
El efecto Bohr consiste en el desplazamiento hacia la derecha de la curva de combinación de la hemoglobina y el O2, cuando aumenta la presión de CO2. El mismo efecto se observa cuando se disminuye el pH o aumenta la temperatura. En todas estas circunstancias se favorece la liberación de O2 combinado con la hemoglobina. El efecto Bohr se produce en los tejidos cuando aumentan la PCO2, los hidrogeniones o la temperatura.
Cuando disminuye la cantidad de hemoglobina en la sangre, como en el caso de una anemia, disminuye el contenido de O2 de la sangre pero no se modifica la forma sigmoide de la curva, es decir, no se modifican las características de captación o cesión de O2, simplemente disminuye el contenido de O2. La intoxicación por CO disminuye drásticamente el contenido de O2 de la sangre, pero, además, modifica la forma de la curva, que pasa de ser sigmoide a ser hiperbólica. En estas circunstancias, el poco O2 combinado con la hemoglobina no es fácilmente cedido a los tejidos.
Sangre que no pasa por los alveolos: circulación bronquial, circulación coronaria que desemboca en ventrículo izquierdo.
La hiperventilación hace disminuir la presión alveolar de CO2, lo que aumenta la presión arterial de O2 y esto disminuye la presión arterial de CO2.
En el caso de hipercapnia, sucede totalmente lo contrario pues se caracteriza por una PaCO2> 40mmHg.
En relación al sistema tampón del organismo Alcalosis metabólica: Aumento de [HCO3-] en plasma.
Acidosis metabólica: Disminución de [HCO3-] en plasma.
Acidosis respiratoria: Aumento de [PaCO2].
Alcalosis respiratoria: Disminución de [PaCO2].
Regulación de la función respiratoria El automatismo respiratorio se genera en neuronas respiratorias del bulbo raquídeo. La función respiratoria es regulada por las variaciones de la PaO2, PaCO2 y el pH, detectados por los denominados quimiorreceptores periféricos de los glomos carotídeo y aórtico, y por las variaciones de la PaCO2 y la disminución del pH del líquido extracelular, detectados por quimiorreceptores centrales del bulbo raquídeo.
Además, la función respiratoria es regulada de manera refleja por la estimulación de otros receptores como los pulmonares.
Las células que actúan como quimiorreceptores se encuentran en los glomus carotídeo y aórtico.
Regulación de la respiración por aumento de la PaCO2 Cuando aumenta la PaCO2, la ventilación aumenta de manera lineal con una pendiente considerable. La hiperventilación es una consecuencia de la estimulación de los quimiorreceptores centrales y periféricos. El CO2 atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica y llega a los quimiorreceptores centrales.la hiperventilación disminuye la PaCO2. En situaciones de hipoxemia o acidemia, el efecto del aumento de la PaCO2 es más pronunciado, es decir, la curva posee mayor pendiente. Por el contrario, el aumento de la PaCO2 disminuye durante el sueño, con la edad, en presencia de morfina… La respuesta de hiperventilación al aumento de la PaCO2 se produce cuando la elevación ocurre de manera aguda, pero no cuando la PaCO2 permanece elevada de forma crónica. Este fenómeno es debido a la falta de respuesta de los quimiorreceptores centrales. El aumento de la PaCO2 y la consiguiente acidificación del líquido extracelular cerebral se compensan con la producción de bicarbonato, posiblemente en los plexos coroideos y en la barrera hematoencefálica. El aumento de bicarbonato del líquido extracelular cerebral, por este o por otros mecanismos, neutraliza los hidrogeniones; por lo tanto, dejan de estimularse los quimiorreceptores centrales. El resultado final es una disminución de la hiperventilación.
En presencia de hipoxemia y de hipercapnia crónica, el principal control de la ventilación se ejerce desde los receptores periféricos estimulados por la hipoxemia. Si se administra O2 a elevada concentración en esta situación, los quimiorreceptores periféricos dejan de estimular la ventilación, y esta se detiene; la PaCO2 aumenta de manera muy considerable y produce una depresión de la respiración que puede causar la muerte. La ventilación asistida es esencial en estas circunstancias. Pequeñas cantidades de O2 pueden mejorar el suministro de O2 a los tejidos, gracias a la forma sigmoide de la curva de combinación del O2 con la hemoglobina. Un exceso de O2 no sirve para aumentar el contenido de O2, pues la curva está saturada y puede resultar letal.
En principio, los hidrogeniones no son capaces de atravesar la barrera hematoencefálica, pero podrán hacerlo si el pH está disminuido durante largo tiempo.
Cuando disminuye el pH del plasma, se estimulan los quimiorreceptores periféricos y, como respuesta a la estimulación, aumenta la ventilación. La hiperventilación de la acidemia es un mecanismo importante para regular el pH del plasma. La hiperventilación disminuye la PaCO2 y normaliza el pH. Las variaciones del pH del plasma no son detectadas por los quimiorreceptores centrales, que únicamente responden a las variaciones de pH del líquido extracelular cerebral.
Si el pH del líquido extracelular disminuye, se produce una hiperventilación. Si la acidemia es muy acusada, puede alterar la barrera hematoencefálica y aumentar su permeabilidad a los hidrogeniones. En consecuencia, disminuye el pH del líquido extracelular cerebral y se produce hiperventilación a través de los quimiorreceptores centrales y periféricos.
La función respiratoria se modifica como consecuencia de la estimulación de un conjunto de receptores pulmonares que transmiten su actividad por vía vagal al tronco cerebral. Se han caracterizado tres tipos de receptores: mecanorreceptores de estiramiento (detectan distensión del pulmón y vías respiratorias), receptores de agentes irritantes y receptores J (detectan presión intracapilar e intersticial).
Los mecanorreceptores de estiramiento se encuentran en la musculatura lisa de las vías respiratorias y se estimulan por incrementos en el volumen pulmonar. Durante la inspiración, cuando aumenta el volumen pulmonar, aumenta la frecuencia de descarga de estos receptores.
Cuando la frecuencia alcanza un umbral determinado, se detiene la inspiración. El paro respiratorio inducido por un aumento provocado del volumen pulmonar en un animal anestesiado se denomina reflejo de Hering-Breuer.
La actividad de estos mecanorreceptores no es esencial para mantener el ritmo respiratorio.
Durante el ejercicio, la estimulación de estos receptores produce, por vía refleja, broncodilatación y aumento de la frecuencia cardíaca.
El segundo tipo, los receptores de agentes irritantes son terminaciones nerviosas libres que se encuentran situadas entre las células epiteliales, particularmente en las bifurcaciones de los bronquios. El estímulo fisiológico de estos receptores es, probablemente, la velocidad con que se producen los cambios de volumen pulmonar. Un estímulo potente de estos receptores es la inhalación de vapores irritantes. La respuesta a la estimulación de estos receptores es la broncoconstricción y aumento de la frecuencia respiratoria. Otro tipo de respuesta puede consistir en una inspiración profunda prolongada.
El tercer tipo, los receptores J se encuentran próximos a los capilares pulmonares y también a las paredes alveolares y bronquiales. Estos receptores son estimulados por el aumento del líquido intersticial (edema) y el aumento de la presión capilar. También se estimulan por la presencia de histamina, bradicinina y prostaglandinas. La estimulación de estos receptores provoca aumento de frecuencia respiratoria con respiración superficial y disnea. Una fuerte estimulación de estos receptores provoca apnea, respiración rápida y superficial, hipotensión y bradicardia.
El dolor somático produce hiperventilación mientras que el dolor visceral produce hipoventilación. El reflejo de la deglución y la inmersión provocan apnea. La inmersión parcial en agua fría provoca hiperventilación.
Fisiología de la nefrona: función glomerular Cada riñón se encuentra constituido, aproximadamente por un millón de nefronas.
La nefrona es la unidad funcional del riñón, es decir, cada nefrona es capaz de producir por ella misma la orina. La nefrona consta, a su vez, de un componente de filtración: el corpúsculo renal, y un túbulo que se inicia en este y transporta y modifica el filtrado glomerular a través de los procesos de reabsorción y secreción, dando lugar finalmente al producto de excreción renal: la orina.
Función glomerular: el corpúsculo renal produce un filtrado libre de proteínas a partir del plasma. Este corpúsculo está constituido por un ovillo de capilares (el glomérulo renal) envueltos por la cápsula de Bowman. La sangre entra en los capilares glomerulares por la arteriola aferente y sale por la arteriola eferente. Desde los capilares glomerulares se filtra parte del líquido hacia la cápsula de Bowman. La cápsula de Bowman a su vez conecta con la luz tubular, hacia donde fluye el líquido filtrado.
Barrera de filtración glomerular Los capilares glomerulares están envueltos por unas células denominadas podocitos. Los podocitos son células epiteliales especializadas de la cápsula de Bowman que poseen prolongaciones citoplasmáticas, los pedicelos, con los cuales envuelven por completo los capilares glomerulares. Entre los pedicelos de los podocitos existen pequeñas ranuras, conocidas como hendiduras interpediculares, a través de las cuales se produce la filtración del líquido. Estas hendiduras presentan diafragmas con poros que impiden el paso de la mayoría de las proteínas plasmáticas y de muchas otras macromoléculas. Así pues, el líquido que se filtra desde los capilares glomerulares hacia el espacio de la cápsula de Bowman debe atravesar una barrera de filtración que se encuentra constituida por:    Las células endoteliales de los capilares glomerulares. Se trata de un endotelio fenestrado que, por tanto, facilita la filtración.
Membrana basal especialmente gruesa. Esta es una matriz porosa, acelular, constituida por fibras de colágeno y proteoglucanos, de carga eléctrica negativa. Parece ser que esta membrana basal podría constituir el primer obstáculo que limitaría la filtración de las proteínas plasmáticas.
Los diafragmas que cubren las hendiduras interpediculares. El líquido deberá filtrarse a través de los poros que existen en estos diafragmas.
Este conjunto de membranas permite la filtración de un líquido acelular, pobre en proteínas.
La cápsula de Bowman, a su vez, conecta con la primera porción del túbulo proximal de la nefrona, hacia donde se dirige el filtrado glomerular.
Además de las células endoteliales y podocitos, en el corpúsculo renal se encuentran otro tipo de células: células mesangiales. Estas ofrecen un soporte estructural a los capilares glomerulares, secretan matriz extracelular, presentan actividad fagocítica y secretan prostaglandinas y citoquinas. Por otro lado, las células mesangiales contienen en su citoplasma fibras contráctiles similares a los filamentos de actina. Se considera que, ante determinados estímulos, estas células modifican la superficie de filtración de los capilares glomerulares e interviniendo así en la regulación de la tasa de filtración glomerular.
La transferencia de moléculas desde el plasma a la luz capilar, y viceversa, es posible gracias a la estrecha relación existente entre el túbulo renal y los capilares peritubulares.
Así pues, la cápsula de Bowman se abre a la primera porción del túbulo: el túbulo proximal, el cual desemboca en el asa de Henle (segmentos: rama delgada descendente y rama delgada ascendente). Cerca del final de la rama gruesa del asa de Henle, el túbulo pasa entre las arteriolas que transportan la sangre del corpúsculo renal de origen, constituyendo el denominado aparato yuxtaglomerular. Este segmento de la rama gruesa ascendente del asa de Henle recibe el nombre de mácula densa. Se considera que las células del asa de Henle que forman parte de esta mácula están involucradas en la detección de la composición de líquido tubular.
Por otra parte, las células de la arteriola aferente que forman parte del aparato yuxtaglomerular también son células especializadas. Se denominan células granulares o yuxtaglomerulares y contienen gránulos de renina, que secretan al recibir determinados estímulos.
Factores determinantes de la filtración glomerular de macromoléculas Las moléculas van restringiendo su paso a través de la barrera de filtración en función de su peso molecular y de su carga eléctrica. Así pues, la barrera de filtración no supone ningún obstáculo para moléculas de peso inferior a 7000Da cargada positivamente. Cuanto más negativa y mayor peso molecular tenga una molécula, más complicada será para esta atravesar la barrera. Por ejemplo, la albúmina, de 70KDa y muy negativa, solo un 0,02% de esta proteína consigue atravesar la barrera. En cambio, para la hemoglobina resulta muy sencillo atravesarla (aunque prácticamente no se encuentre libre por el plasma).
El factor más determinante es el gradiente de presión (presión hidrostática). Este es la presión en el cuerpo glomerular menos la presión en la cápsula de Bowman. Las piedras en el riñón: cuando aumenta el líquido en los conductos y aumenta entonces la presión en la cápsula de Bowman => disminuye la filtración.
Lp = permeabilidad hidráulica Factores determinantes de la presión hidrostática en los capilares glomerulares    Presión arterial: al aumentar esta, aumenta la presión hidrostática lo que hace aumentar la filtración.
Vasoconstricción o vasodilatación de arteriolas aferentes o eferentes del glomérulo. La vasoconstricción de las arteriolas aferentes o eferentes produce efectos opuestos sobre la presión del cuerpo glomerular. La vasoconstricción siempre supone una disminución del flujo sanguíneo renal.
Resistencias: dependiendo en qué tramos se produzca el aumento, la sangre a filtrar puede no llegar al riñón por acceder por otros vasos con menor resistencia.
Si aumenta en la arteriola eferente: la presión hidrostática aumenta y hace aumentar la filtración. En cambio, si se produce en la aferente, reducirá la filtración. En ambos casos disminuirá el flujo renal.
Regulación del flujo sanguíneo renal y la tasa de filtración glomerular (FSR y TFG) Autorregulación Se han propuesto dos mecanismos para explicar el fenómeno de autorregulación: el mecanismo miogénico y el feedback tubuloglomerular.
El mecanismo miogénico es similar al que se observa en otros territorios vasculares: el aumento de la presión en la arteriola aferente estimula a las células musculares lisas de la pared del vaso, que se contraen, con lo cual aumenta la resistencia de la arteriola aferente y se evita, por lo tanto, un aumento de la presión hidrostática en el capilar glomerular.
En el feedback tubuloglomerular, el incremento de la presión arterial comporta al principio un aumento de la tasa de filtración glomerular y, en consecuencia, aumenta el flujo a través del asa de Henle y en la mácula densa. Este incremento de flujo se detecta en la mácula densa porque comporta un aumento en la reabsorción de NaCl.
Las células de la mácula densa envían un mensaje paracrino a la arteriola aferente y esta se contrae.
Regulación neural del flujo sanguíneo renal (FSR) Tanto la arteriola aferente como la eferente reciben inervación simpática a través del nervio renal. Las varicosidades simpáticas secretan noradrenalina, que actúa sobre los receptores αadrenérgicos. La estimulación simpática produce una vasoconstricción que comporta la disminución del flujo. La tasa de filtración glomerular también disminuye, pero no de forma tan importante como el flujo, dado el efecto contrapuesto que produce la contracción de ambas arteriolas glomerulares. Este sería el sistema directo del simpático. El aumento de noradrenalina es detectado por las células granulares.
Por otro lado, el simpático estimula la secreción de renina, hecho que comporta, a través del sistema renina-angiotensina-aldosterona, un incremento de la angiotensina II, que también produce constricción de las arteriolas.
La renina consigue romper el angiotensinógeno dando como resultado angiotensina I, que viaja por la sangre hasta los capilares pulmonares donde se encuentra la enzima convertidora de angiotensina que creará la angiotensina II, la cual es un vasoconstrictor muy potente. Esta angiotensina actúa sobre las glándulas suprarrenales y aumenta la secreción de aldosterona. La aldosterona, aumentará la retención de Na+ renal, por lo que también aumentará la retención de agua.
Factores determinantes de la secreción de renina Si la mácula densa detecta una disminución del flujo, enviarán señales a las células granulares para incrementar la concentración de renina.
Los receptores intrarrenales se activan cuando las células yuxtaglomerulares de la arteriola aferente detectan una disminución en la presión arterial renal.
Regulación paracrina del FSR y TFG Las prostaglandinas protegen al riñón de una vasoconstricción excesiva inducida por la angiotensina II o la noradrenalina. De esta manera, en caso de hipotensión por hemorragia, tres factores contribuirán a reducir el flujo sanguíneo renal: disminución de la presión arterial, la estimulación simpática y la angiotensina II. Simultáneamente, dos factores intentarán compensar la reducción del flujo: la autorregulación y la producción renal de prostaglandinas. El resultado neto es un incremento moderado de la resistencia vascular renal, que provoca una disminución moderada del flujo sanguíneo renal y una reducción aún más pequeña de la tasa de filtración glomerular.
Usamos el ejemplo de la inulina pues es una molécula que se filtra libremente sin impedimento. La expresión de la izquierda se denomina como clearance de inulina.
Clearance > TFG : secreción neta Clearance < TFG: reabsorción neta Clearance = TFG: todo filtrado por la orina Que exista secreción/filtración neta significa que ambos procesos se están produciendo pero que uno está ponderando sobre el otro.
La inulina no se encuentra de manera natural en el organismo (habría de hacerse una infusión intravenosa), por lo que se utiliza el aclaramiento de la creatinina. Es un producto del metabolismo de la creatina y de la fosfocreatina procedentes del catabolismo muscular.
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